垃圾焚燒中心通風系統設計分析范文

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摘要：根據某垃圾焚燒處理中心建筑結構，確定通風方案布局，設計了一種新型除臭通風系統．利用CFD仿真分析的方法，模擬該方案的通風效果，結果表明：料坑與平臺區域負壓分布均勻，梯度變化明顯，整體處于－32～－39Pa的微負壓環境下，料坑內臭氣濃度分布整體處于0．17mol／m3以下，通風效果較好，滿足設計要求．

關鍵詞：垃圾焚燒處理；計算流體力學；分子擴散；CFD仿真分析；除臭通風系統

隨著城市化進程迅速加快，中心城區人口更加密集，人民生活水平不斷提高，我國垃圾產量正在逐年增加．主要的垃圾處理方法包括填埋、堆肥、焚燒等［1－3］．垃圾焚燒發電作為非常重要的處理方式，工廠區環境對周圍環境的影響也越來越引起各方關注．隨著垃圾的運輸和卸料翻動過程，垃圾處理區域產生的惡臭氣體持續不斷向四周擴散，從而對周圍環境造成污染［4－6］．本文針對某垃圾焚燒處理中心通風除臭系統進行研究，設計合理的通風方案，并對臭氣濃度較復雜的料坑區域進行CFD（computationalfluiddynamics）仿真分析，驗證設計合理性，將周圍環境受垃圾焚燒發電廠產出的惡臭氣體的負影響減少到最低，既符合實現城市可持續發展的戰略思想，又能有效減少臭氣擾民等社會矛盾．

1某產業區工業固廢處置現狀

隨著新化學物質的不斷產生以及企業環保意識的加強，某園區內企業固廢產生量逐年增加，園區共有企業120家，主要以醫藥化工、農藥化工、涂料染料三大行業為主．2017年產業區固廢預計年產生量21260t，其中適合焚燒處理的預計年產生量13260t，約占固廢總量的62％．基于產業園日益增長的固體廢料，某垃圾焚燒處理中心進行擴建：焚燒車間建筑面積4346．52m2，占地面積2745．42m2，建筑高度23．15m；暫存庫建筑面積2207．2m2，占地面積2207．2m2，并重新設計了除臭通風系統．

2通風系統設計

某垃圾焚燒處理中心由料坑、卸料大廳、暫存庫、垃圾焚燒爐等組成，其中料坑、卸料大廳、暫存庫為惡臭物質散發源．通風系統需保證惡臭氣味不擴散到建筑外界［7］．本研究在建筑內部設計排風管道，排風均勻，保證建筑內部維持一定的負壓．通風方案如圖1所示．

2．1通風系統設計說明

目前，國內對于危廢儲存倉庫及車間需保持的負壓值并無規范要求，故借鑒國內不同規范、不同場合的正壓及負壓要求進行設計．1）對于放散有害物質的空調區域應保持負壓，其壓差值宜取5～10Pa，但不應大于50Pa（空調區域并不直接面對室外）［8］．2）正壓室設置的開啟外窗及與室外直接相通的外門是不可行的，應該采用門斗或門廊．內外門均為密閉型，并且必須保證兩道門不可同時開啟，同時，門斗或門廊應保持正壓不低于10Pa［9］．

2．2通風方案設計

通風除臭系統擬采用保持暫存庫門斗內正壓值為＋5～＋10Pa，保持室內與外界大氣隔斷；暫存庫內負壓值為－20Pa；卸料大廳門斗內正壓值為＋5～＋10Pa；卸料大廳內負壓值為－20～－30Pa；料坑內負壓值為－30～－40Pa．根據臭氣濃度的變化料坑排風換氣次數為5次／h，卸料車間為4．5次／h［4］．同時于卸料車間大門內部設置空氣幕，以隔絕室內外氣體，在惡臭源較近的區域設置排風裝置，料坑壁處設置排風口，卸料車間粉碎線上部設置局部排風罩，以降低惡臭源的無組織擴散．由于料坑臭氣濃度較高，料坑和卸料車間的空間聯通處設置軟簾，以隔絕兩個區域．暫存庫排風換氣次數為4次／h，并在暫存庫大門內部設置空氣幕，以隔絕室內外空氣．暫存庫內排風口位于貨架之間，排風口設置上下兩層，貨架周邊設置遮擋軟簾，使每個貨架區的臭氣得到有效收集．

2．3通風量計算

通風量根據換氣次數確定，其計算公式［10］為式中：L為通風量（m3／h）；n為換氣次數（次／h）；Vf為通風房間體積（m3）．通風方案數據見表1．

3料坑流場分析

3．1物理模型

物理模型見圖2．針對臭氣濃度分布最復雜的料坑區域，利用FLUENT軟件進行通風模擬．先對模型進行如下簡化．1）不考慮風口圓角與角度，風口尺寸簡化為500mm×500mm的方形風口和400mm×1250mm的矩形風口．2）不考慮廢料堆積不均勻的情況，取廢料高度為500mm，均勻鋪在車間底部．3）由于抓斗、行車等體積相對整個料坑車間而言較小，對整體車間流場的影響可以忽略，所以在此不予考慮．4）考慮到工程實際風機效率達不到100％，管道存在泄漏等問題，模擬時入口與出口的風量按風機額定風量的80％確定．

3．2數學模型

料坑區域內部氣流組織的湍流是一種不規則的運動，其特征是時空的隨機變量，湍流運動能使污染物迅速擴散．湍流擴散的梯度輸送理論是泰勒（GITayler）類比于費克（AFick）提出的分子擴散理論建立的，該理論簡稱K理論，其基本觀點是將湍流運動的物質擴散類比分子擴散規律來研究．在湍流中擴散物質的濃度是脈動的，即濃度C隨時間t作不規則隨機性變化，用其濃度平均值C來討論．由于湍流擴散的隨機運動尺度遠大于分子擴散隨機運動尺度，因此，在湍流中分子擴散可以忽略［11－14］．在空氣沿x水平方向以平均速度u正運動的情況下，當湍流擴散系數Kx、Ky、Kz為常數時，湍流擴散的微分方程為對于一個連續作用的發塵點源，當其發塵速率不隨時間變化時，擴散過程可以認為是定常態，即空間任何點的濃度僅是空間坐標的函數在一般情況下，由空氣的平均移動速度所引起的物質質量通量遠比擴散脈動流流速所引起的質量通量大得多，即則湍流擴散微分方程（2）可以簡化為基于以上數學模型，數值模擬采用等溫不可壓縮流動模擬，以RNGk－e湍流方程作為計算模型，廢氣組分的擴散過程通過組分輸運方程模擬，對流項采用二階迎風格式離散，速度與壓力耦合采用SIMPLE算法進行求解．考慮流場穩定后時間對室內空氣流動的影響不大，因此，采用穩態模擬，收斂精度選取0．001．

3．3邊界條件

出口設置為質量入口邊界條件，入口設置為壓力入口邊界，壓力大小設置為1個大氣壓．考慮重力影響，給定重力加速度為9．816m／s2；考慮體積力的影響，設定操作密度為1．225kg／m3．臭氣產生采用體積源法，假設廢氣從廢料表面均勻逸出，逸出濃度為1500mg／（m2•s），廢氣質量分數為：氨60％，二氧化硫20％，硫化氫10％，二硫化碳10％．

3．4模擬結果與分析

運用ICEMCFD軟件對模型進行網格劃分，利用FLUENT軟件進行仿真，得到流線分布圖、濃度云圖等模擬結果．

3．4．1壓力場分析圖3是采用該通風方案計算得到的壓力云圖．從圖3中可以看出：料坑處于－36～－39Pa的微負壓環境下，平臺區域壓力處于－32～－36Pa的微負壓環境下；整個區域壓力分布較為均勻；壓力梯度變化明顯，隨著高度的增加，負壓逐漸減小，滿足設計要求．

3．4．2廢氣濃度云圖分布圖4是采用該通風方案計算得到的臭氣濃度分布圖．從圖4中可以看出：濃度最高值出現在料坑底部，整個料坑區域的下部臭氣濃度基本在0．14mol／m3以下，料坑上部及平臺上部區域臭氣濃度基本在0．17mol／m3以下．平臺處利用新風稀釋，料坑處利用雙排抽風管路，使臭氣濃度下降顯著，通風效果較好．

4結語

根據某垃圾焚燒處理中心建筑結構，設計了一種新型除臭通風系統．CFD仿真分析模擬表明料坑與平臺區域負壓分布均勻，梯度變化明顯，整體處于－32～－39Pa的微負壓環境下，料坑內臭氣濃度分布整體處于0．17mol／m3以下，通風效果較好，滿足設計要求．

參考文獻：

［1］艾慶文，李先旺．垃圾焚燒發電廠通風除臭設計［J］．暖通空調，2011，41（6）：72－75．

［2］湯建化，李文，趙欣，等．武漢市環保型垃圾壓縮轉運站除塵除臭設計［J］．環境衛生工程，2011，11（4）：55－60．

［3］陳東哲，陳朋飛，龔蓂杰．固體廢棄物綜合處理中心通風空調設計［J］．發電與空調，2015（5）：71－75．

［4］馮弼唯，談榮華，宋琴．生化過程通風除臭方法與設計［J］．上海大學學報（自然科學版），2003，4（9）：181－183．

［5］田毅，王敏．大型垃圾中轉站通風除塵除臭系統的研制［J］．環境衛生工程，2006，2（1）：56－61．

［6］王沨楓．高大工業整體廠房焊接煙塵控制與置換通風數值仿真平臺和試驗研究［D］．長沙：湖南工業大學，2011．

［7］徐銘明．某垃圾焚燒發電廠垃圾庫數值模擬及通風方式優化［D］．上海：東華大學，2014．

［8］陸耀慶．實用供熱空調設計手冊［M］．2版．北京：中國建筑工業出版社，2008．

［9］中華人民共和國建設部．城市生活垃圾焚燒處理工程項目建設標準［M］．北京：中國計劃出版社，2001．

［10］孫一堅．簡明通風設計手冊［M］．北京：中國建筑工業出版社，1997．

［11］吳德銘．實用計算流體力學基礎［M］．哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2006．

作者：沈輝 孫明珠 張猛 殷超 單位：揚州大學 機械工程學院